3738 冶金铸造双梁桥式起重机结构设计
3738 冶金铸造双梁桥式起重机结构设计,冶金,铸造,锻造,桥式起重机,结构设计
河南理工大学万方科技学院本科毕业设计(论文)中期检查表指导教师: 秦歌 职称: 副教授 所在系部(单位):机械与动力工程学院 教研室(研究室): 机制系 题 目 冶金铸造双梁桥式起重机结构设计学生姓名 王伟 专业班级 08机制 3班 学号 0828070112一、选题质量(主要从以下四个方面填写:1、选题是否符合专业培养目标 ,能否体 现综合训练要求;2、题目难易程度;3 题目工作量;4、题目与生产 、科研、经济、社会、文化及实验室建设等实际的结合程度)所选的题目与书本学习知识联系紧密,比较贴近生产实际情况,比较有代表性;设计题目在日常学习和实习中都有遇到,设计机械型号可选范围大,具有非常大的发挥空间和巧活多样的设计思路,对于本科机制专业的学生来说,题目难度适中;课题对学生的专业素质要求较高,并且该题目由该同学单独完成,工作量大,需要同学认真查阅资料,扎实学好专业知识,与任课老师,相关的技术人员沟通,认真完成毕业论文;选题完全符合专业培养目标, 对即将毕业的学生的再学习有较好的指引作用,综合训练的要求也得到充分的体现二、开题报告完成情况开题报告已经完成。从适合实际工作环境出发,确定了明确的课题设计方向,并对冶金铸造双梁桥式起重机结构设计在使用中经常出现的问题有一定的研究;对双梁桥式起重机的结构和工作过程已经有了一定的认识了解。已经对课题进行了设计、分析,并有了突破性的进展。同时,已完成了对相关资料的查阅,对课题有了总体的分析,开题报告完成质量较高。三、阶段性成果1、本次设计的开题报告已经完成,总体布置方案和主要结构参数已确定,并完成一些标准件的选型及和大多数零部件的设计计算工作。2、部分零件图的绘制已经基本完成,设计说明书已经开始整理。3、英文翻译工作已经基本完成,现在正对一些结构设计进行校核。四、存在主要问题由于专业基础知识学习不够深入,设计经验欠缺,参考资料收集有限,设计主题思路把握不够,简单问题解决不够灵活;另外没有仿真软件的支持,无法确定设计是否有应有的设计效果,并且有较多的专业相关知识的综合运用,所遇需要进一步更多细致耐心的工作。 五、指导教师对学生在毕业实习中,劳动、学习纪律及毕业设计(论文)进展等方面的评语指导教师: (签名)年 月 日- 1 -Portal powerChinas rapid economic growth in the past decade has resulted in a big increase in freight traffic through the countrys seaports . Old ports are being expanded and new ports built to handle the large growth in container and bulk cargo traffic all along the Chinese coastline.Chinas port expansion programme has provided a strong boost to the domestic port equipment industry, which has enjoyed a strong increase in demand for port cranes of various types, including container cranes and portal cranes along with bulk cargo handling equipment.State-run China Harbour Engineering (group) Corporation Ltd, established under the ruling State Council, is Chinas largest supplier of port cranes and bulk cargo handling equipment. The organization controls both Shanghai Zhenhua Port Machinery Co Ltd (ZPMC),the worlds largest manufacturer of quayside container cranes, and Shanghai Port Machinery Plant (SPMP), which specializes in the manufacturer of portal cranes and other cranes used in ports along with dry bulk cargo handling equipment.SPMPs main market is China, although the company is looking to expand its overseas sales. Although less well known than its associate ZPMC, SPMP also operates large manufacturing facilities, and is due to move part of its production shortly to Changxing Island near Shanghai where - 2 -ZPMC already operates a large container crane fabrication plant.Portal and other harbour cranes are SPMPs major production item. During the past two years, the corporation has won contracts for 145 portal cranes from port authorities throughout China, both from new ports under construction and ports undergoing expansion.In recent years, SPMP has also supplied portal cranes to the United States, Iraq,and Myanmar.The port Rangoon of Myanmar in has purchased a 47m,40t portal crane while BIW of the United States has purchased three cranes-15t,150t, and 300t portal cranes. Elsewhere, SPMP has supplied 12 portal cranes to several ports in Iraq since the end of the Saddam regime. In China, SPMPs recent major orders for portal cranes include eight 40t, 45m radius cranes for Tianjin Overseas Mineral Terminal, while Yan Tai Port Bureau in Guangdong in southern China has purchased six 40t, 45m radius cranes. Other large orders include seven 10t, 25m radius cranes for Zhenjiang Port Group and an order of 1025t, 33m radius cranes from Fangcheng Port Bureau, while the Yingkou Port Group has ordered 1325t,35m radius cranes along with two 40t, 44m radius port cranes.MANY CRANES BUILT TO ORDERSPMP also supplies other cranes used in ports and harbours, - 3 -many of which are built to order for clients. Quayside container cranes have been supplied to a number of foreign clients including Bangkok Port in Thailand, Kaohsiung Port in Taiwan, and Port of Vancouver in Canada. In China, SPMP has supplied quayside container cranes to Shanghai Port, Tianjin Port, Yin Kou Port, Yan Tai Port and others. The company also supplies rubber-tyred container gantry cranes to domestic and overseas clients.Customers for other cranes used in ports include Guangzhou Port in Guangdong, which purchased a 25t floating crane while Zhonggang Port has bought two double trolley 125/63t gantry cranes, along with a700t overhead crane, In 2003 Zhonggang Port awarded a contract to SPMP for a 2,600t floating crane, whichi is the largest crane the company has made in recent years.Other customers include Zhongyuan Nanytong Shipyard of Jiangsu Province has purchased two 300t goliath cranes for use in its shipyard, while Shanghai Waigaoqiao Shipyard uses two of SPMPs 600t goliath cranes for its shipbuilding operations. SPMP has two factories. The Shanghai plant employs 2,000 workers while a factory in Jiangsu Province employs 1,500 workers. The combined total of 3,500 workers includes 800 technical and management staff involved in designing, developing, and building portal and other cranes along with dry bulk cargo loading and unloading equipment.- 4 -Currently, SPMP is preparing to vacate its Shanghai factory site as the companys existing plot of land is part of a riverside area earmarked by the Shanghai Expo in 2010. SPMPs Shanghai factory will close at the end of 2006, and move to a new site on nearby Changxing Island.“The new factory will be much bigger than the present plant,” Li said. “Phase 1 will be ready for us when we move at the end of 2006.”In addition to moving the Shanghai factory to a new site, SPMP expects future business operation with ZPMC.Officials at China Harbour Engineering (Group) Corporation are understood to have told SPMP of plants for SPMP and ZPMC to co-operate more in bidding for projects in future. Both companies are expected to retain their individual manufacturing capability, however, with precise details of future co-operation still some way from being finalised.Meanwhile, SPMP associate company ZPMC is strengthening its position as the worlds largest manufacturer of ship-to-shore container cranes, supplying slightly more than half the annual international container crane market. In addition to operating four crane production complexes for its crane manufacturing and other businesses.ZPMCs full range of products includes quayside container cranes, rubber-tyred gantry cranes, bulk material ship loaders and unloaders, bucket-wheel stackers and reclaimers, portal - 5 -cranes, floating cranes, and engineering vessels. The company has also diversified into manufacturing other large steel structures including large steel bridges.ZPMC EXPANDING PRODUCTIONZPMCs cranes and other products are in use at over 150 shipping terminals in 37 countries and regions worldwide. By the end of December 2005, ZPMC had supplied 705 quayside container cranes, and had orders in hand to deliver another 128 quayside container cranes in 2006. In addition, at the end of 2005 ZPMC had delivered 1,148 rubber-tyred gantry cranes to customers worldwide and had orders in hand to deliver 308 rubber-tyred gantry cranes to customers in 2006.ZPMC is expanding production facilities in expectation that the volume of orders will grow in future. The company owns four crane production complexes in Shanghai and the surrounding area at Jiangyin, Changzhou, Zhangjiang and Changxing Island.The Changxing production site, which was completed in 2001, covers one million sq m, and has a 3.5km coastline. The facility is capable of manufacturing 160 quayside ship-to-shore container cranes each year along with 300 rubber-tyred gantry cranes and 200,000 metric tons of large steel bridge structures.Plans call for a futher 3 million sq m of land to be reclaimed at Changxing, which ZPMC will develop to become its - 6 -largest production centre.港口起重机中国经济在过去的高速增长已经大幅增加了本国港口货流量,以至于不断扩大老港口以及不断修建新的港口以应对快速增长的集装箱业务以及大宗货物的流通。中国的港口扩展进程对本国港口装备行业的发展产生了强烈的刺激,这一进程强烈需要大量的各种各样的港口起重机的迅猛增加,包括集装箱起重机、桥门式起重机以及其他能够处理散料货物的装卸设备。由国资委掌控的中国港口工程集团有限公司是中国最大的港口起重机和散料装卸设备的供应商。该集团包括世界最大的港口集装箱起重机生厂商振华港口机械有限公司(ZPMC)和精于生产用于港口的桥门式起重机以及干散货物的装卸设备的上海港口机械厂(SPMP) 。上海港口机械厂主要市场是中国本地,虽然它在寻求扩大海外销售。尽管它没有同行振华港口机械有限公司出名,上海港口机械厂拥有很多的大型生产设施,它计划不久将一部分生产线转移到上海附近的长兴岛。振华港口机械有限公司已经在那里建立了一个大型集装箱起重机组装厂。- 7 -上海港口机械厂主要的生产项目是桥门式起重机和其它用途的港口起重机。在过去的两年里,该公司已经获得了来自全国港务局的的 145份桥门式起重机的合同,这其中包括正在建设的新港口和正在扩张的港口。最近几年,上海港口机械厂已经向美国,伊拉克以及缅甸提供桥门式起重机。缅甸的仰光港口购买了一座跨度为 47米,起重量为 40吨的桥门式起重机,然而美国的 BIW购买了三台起重量分别为 15t,150t, 和 300t起重机。另外,自从萨达姆下台后上海港口机械厂已向伊拉克的一些港口提供了 12台起重机。在中国,上海港口机械厂最近的主要订单是桥门式起重机,这其中包括天津海外矿产航运码头的 8台起重量为 40t,回转半径为 45m的起重机,然而,位于中国南部的广东盐田港务局已经购买了 6台这样的起重机。其它一些大的订单包括镇江港务集团的 7台起重量为 10t,回转半径为 25m的起重机和防城港务局的 10台起重量为 25t,回转半径为33m的起重机,而营口港务局已经 13台起重量为 25t,回转半径为 35m和 2台起重量为 40t,回转半径为 44m的桥门机。许多起重机按照订单在建上海港口机械厂也提供港口和海湾其它用途的起重机,这些大多数按照客户的要求建造。它已经向许多国外客户提供岸边集装箱起重机,这其中包括泰国的曼谷港,台湾的高雄港和加拿大的温哥华港。在中国国内,该公司已向上海港,天津港,烟台港以及其他的一些港口提供岸边集装箱起重机。该公司也向国内外客户提供轮胎式龙门起重机。订购其它港口起重机的公司包括广东的广州,它购买了一台 25t的浮吊,而中港港口已购买了两台 125/63t双小车龙门起重机和一台- 8 -700t的桥式起重机。2003 年,中港港口与上海港口机械厂签订一台2600t的浮吊合同,这是该公司近些年做的最大吨位的起重机。其它的一些用户包括江苏省的中原南通造船厂,它已经购买了两台300t用于船坞的戈利亚特起重机,而上海外高桥船厂已将上海港口机械厂的两台 600t戈利亚特起重机用于船舶建造中。上海港口机械厂有两个厂区。在上海的厂区有 2000名工人,江苏的厂区有 1500名工人。在这 3500名工人中,有 800名技术人员和管理人员从事于设计,开发,建造港口类和其它类起重机以及大宗干散货物的装卸设备。目前,该公司正准备迁出它在上海的厂区,因为该区是预留给2010上海世博会的一块滨水区。该公司的上海分厂将于 2006年年底关闭,它将迁移到一个在上海附近长兴岛的新厂区。“新厂区将比现有的厂区大, ”李说, “当 2006年年底我们迁出时,我们将做好第一阶段的准备工作。 ”除了将上海的厂区迁移到新址外,该公司希望将来能与振华在业务上合作。中国港湾建设(集团)总公司的高层们被人们认为他们已经告诉上海港口机械厂它将与振华在招标项目上有更多合作。两家公司希望保持各自的制造能力,然而,将来合作的精确细节仍没有确定。另外,上海港口机械厂的合作公司振华正在加强其作为世界最大的船岸集装箱起重机生产商的地位,生产量几近世界集装箱起重机市场年产量的一多半。另外,它还经营着四个起重机生产综合体和一些其他的业务。振华的产品系列包括集装箱起重机,轮胎式龙门起重机,干散货物船用装卸设备,斗轮堆取料机,门式起重机,浮吊以及工程船只。该公司还扩展到生产包括大型钢桥的大型钢结构。- 9 -振华扩大生产全世界有 37个国家和地区超过 150个航运码头正在使用振华的起重机和其它的产品。振华已经提交了 705台集装箱起重机,按照手头的订单将于 2006年交付另外的 128台集装箱起重机。除此之外,截止2005年底,振华已经向世界各地的客户交付了 1148台轮胎式龙门起重机,按照手头的订单将于 2006年交付 308台轮胎式龙门起重机。振华正在扩大生产设施,预计不久订单数将会增加。该公司拥有四个起重机生产综合体在上海及周边地区,江阴,常州,湛江和长兴岛。长兴岛生产基地将于 2001年完成,占地面积 100万平方米,有3.5千米的海岸线。该基地每年能够生产 160台船岸集装箱起重机和300台轮胎式龙门起重机以及 20,0000 吨的大型钢桥结构。其计划在长兴岛进一步填海 3百万平方米,届时它将成为振华最大的生产中心。河南理工大学万方科技学院本科毕业设计I摘要本设计以冶金铸造双梁桥式起重机结构设计为设计目标,采用许用应力法以及计算机辅助设计方法对桥式起重机桥架金属结构进行设计。内容包括主主梁、副主梁、端梁等结构的设计。首先采用需用应力法和第四强度理论对主主梁、副主梁、端梁等结构进行载荷计算及强度校核。其设计很好的体现了结构力学、材料力学在金属结构件和起重机设计中的重要运用。设计过程先用桥式起重机各结构尺寸数据对起重机的强度、疲劳强度、稳定性、刚度进行初步的校核计算,在以上因素都达到材料的许用要求后,计算出主梁和端梁的自重载荷,再用此载荷进行桥架强度和刚度的精确校核计算。若不符合要求,再重复上述步骤,直到满足要求。关键词: 桥式起重机, 校核, 许用应力河南理工大学万方科技学院本科毕业设计IIAbstractThis design by metallurgy casting double girder crane structure design for design goal,the project designs metal framework of bridge crane in use of allowable stress method and CAD. Content including main girders, and vice girders, and the beam and other structure design。Use of allowable stress method and the fourth strength theory to the Lord girders, and vice girders, and the structure of the beam and other load calculation and strength check. The design is very good embodies the structural mechanics, material mechanics in a metal structure and the important using crane design。At first , I chose size assumably. Then, proofreaded the size. If the proof was not passed, must choose the size again up to pass the proof. If the proof was passed, it could carry on the specific structural design. At last, its plot and clean up the calculation process. Key Words: bridge crane; proofread; allowable stress河南理工大学万方科技学院本科毕业设计III目录摘要 .IAbstract.II前言 .IV1 总 体方案设计 .11.2 总体结构及设计 .11.3 材料选择及许用应力 .21.4 各部件尺寸及截面性质 .22 桥架分析 .132.1 载荷组合的确定 .132.2 桥架假定 .132.3 载荷计算 .132.4 简化模型 .232.5 垂直载荷 .252.6 水平载荷 .283 主主梁计算 .353.1 强度校 核 .353.2 主主梁疲劳强度校核 .373.3 主梁的稳定性 .393.4 刚度计算 .454 副主梁校核 .494.1 强度校核 .494.2 副主梁疲劳强度校核 .514.3 副主梁的稳定性 .534.4 刚度计算 .574.5 桥架拱度 .595 端梁校核 .615.1 主主梁端部耳板设计 .615.2 副主梁一侧端梁的校核 .65结论 .72致谢 .73参考文献 .74河南理工大学万方科技学院本科毕业设计IV前言起 重 机 的 出 现 大 大 提 高 了 人 们 的 劳 动 效 率 , 以 前 需 要 许 多 人 花 长时 间 才 能 搬 动 的 大 型 物 件 现 在 用 起 重 机 就 能 轻 易 达 到 效 果 , 尤 其 是 在小 范 围 的 搬 动 过 程 中 起 重 机 的 作 用 是 相 当 明 显 的 。 双 梁 桥 式 起 重 机作 为 物 料 搬 运 机 械 中 的 一 种 , 在 各 行 各 业 中 得 到 广 泛 的 应 用 , 起 重 范围 可 以 从 几 吨 到 几 十 吨 甚 至 几 百 吨 , 在 机 械 制 造 、 冶 金 、 钢 铁 、 码 头集 装 箱 装 运 等 行 业 都 有 很 广 泛 的 应 用 , 在 工 厂 的 厂 房 内 搬 运 大 型 零件 或 重 型 装 置 桥 式 起 重 机 是 不 可 获 缺 的 。 因 此 对 其 进 行 研 究 、 改 进使 其 结 构 更 加 合 理 , 使 用 更 加 方 便 , 成 本 更 加 低 廉 , 具 有 重 要 的 现 实意 义 。桥 式 起 重 机 小 车 主 要 包 括 起 升 机 构 、 小 车 架 、 小 车 运 行 机 构 、 吊具 等 部 分 。 其 中 的 小 车 运 行 机 构 主 要 由 减 速 器 、 主 动 轮 组 、 从 动 轮 组 、传 动 轴 和 一 些 连 接 件 组 成 。此 次 设 计 的 冶 金 铸 造 双 梁 桥 式 起 重 机 结 构 设 计 , 安 装 于 冶 金 工程 厂 房 内 , 用 于 冶 金 过 程 供 吊 运 铁 水 注 入 混 铁 炉 , 炼 钢 炉 和 吊 运 钢水 注 入 连 续 铸 锭 设 备 或 钢 锭 模 等 用 。 主 小 车 调 运 盛 桶 , 副 小 车 进 行 翻转 盛 桶 等 辅 助 工 作 , 对 桥 式 起 重 机 的 载 荷 要 求 较 高 , 所 以 对 减 速 器性 能 要 求 较 高 。本设计为 180/50t 桥式铸造起重机金属结构设计,由于此桥式铸造起重机的起重量大、跨度大、工作级别高,在设计计算时疲劳强度为其首要约束条件。因此在选材时选用稳定性好,对应力集中情况不敏感的Q235-A,降低材料的成本。为减少结构的超静定次数,改善受力,同时又方便运输,桥架采用河南理工大学万方科技学院本科毕业设计V六梁铰接式结构。主、副小车的起重量均偏大,故采用偏轨箱型梁桥架。偏轨箱型梁桥架不仅可减小小车的外形尺寸,同时也增大了起升空间,有利于铸造厂间的应用。在设计时,本着满足疲劳强度、刚度、稳定性的前提下,尽可能节约材料。考虑铸造起重机主、副小车之间有一定得高度差,使副小车能自如地从主小车下面通过,故在设计主主梁时采用大截面、薄钢板,从而达到节省材料、重量轻的要求。同时采用大截面又提高了梁的刚度和稳定性。根据梁的受力特点,偏轨箱型梁主腹板上侧受局部压应力,将主腹板上侧的板加厚。而其它受力较小的地方则采用较薄的板,以节约材料。在设计过程中,全部采用国家标准。在结构上进行改进,对桥架的受力进行了较详尽的分析。整个设计安全、可靠、节材、耐用,满足了设计要求。河南理工大学万方科技学院本科毕业设计11 总体方案设计1.1 原始参数起重量 Q(主/副) 180/50t跨度 S 22m工作级别 Ai A6起升高度 H(主/副) 20/22m起升速度 V(主/副) 4.5/11.4 m/min运行速度(主/副/大车) 36/33.7/73.5 m/min轮距(主/副) 4080/1850 mm轨距(主/副) 8700/3000 mm1.2 总体结构及设计根据已给参数,此桥式铸造起重机吨位、跨度较大,为减少结构的超静定次数,改善受力,方便运输,选用六梁铰接式结构。结构框架如图(1) 。图(1)桥架结构框架图河南理工大学万方科技学院本科毕业设计21.3 材料选择及许用应力根据总体结构,铸造起重机工作级别 A6 为重级,工作环境温度较高,起重量大,频繁起吊,设计计算时疲劳强度为其首要约束条件,选用对应力集中不敏感的 Q235-A,考虑起重量较大,主/ 副梁均采用偏轨箱型梁。材料的许用应力及性能常数见表 1、表 2。表 1.1 材料许用应力板厚 正应力 2/Nm剪应力 2/Nmmm b 16 370 152.0 167.9 184.4 87.76 96.94 106.516370 158.8 175.4 192.6 91.7 101.3 111.2表 1.2 材料性能常数表弹性模量 E 剪切弹性模量 G 密度 52.061MPa47.910Pa37850/kgm1.4 各部件尺寸及截面性质1.4.1 主主梁尺寸及截面性质1 主主梁跨中截面尺寸初选高度 =12941571mm147HS:考虑大车运行机构安装在主梁内,且主主梁与副主梁的高度差必须满足一定得要求,故将主主梁取为大截面薄钢板的形式,以达到节省材料、重量轻的要求。因此取腹板高度 mm。40h河南理工大学万方科技学院本科毕业设计3为了省去走台,对宽型偏轨箱型梁 ,主主梁腹板1/.05HB:内侧间距取 mm =440mm。上下翼缘板厚度 mm,上翼120B5L18缘板长 2530mm,下翼缘板长 2326mm,主腹板厚度 mm,副腹板厚4度 mm。上下翼缘板外伸部分长不相同。有轨道一侧上翼缘板外2伸长度 mm,取 250mm。其它翼缘外伸部分长度 0157ebebmm。.efhmm (焊缝厚度) 取 =50mm。08fe轨道侧主腹板受局部压应力,应将板加厚,由局部压应力的分布长度,设计离上翼缘板 350mm 的一段腹板板厚取为 18mm。主主梁跨中截面尺寸如图(2)所示。图(2)主主梁跨中截面尺寸2 主主梁跨端截面尺寸高度 mm124618H要确定主主梁跨端截面尺寸,只需确定其高度 ,取2H河南理工大学万方科技学院本科毕业设计4=1300mm,跨端下翼缘板厚度为 18mm。2H主主梁跨端截面尺寸如图(3)图(3)主主梁跨端截面尺寸3 主主梁跨中截面性质 建立如图(2)所示的坐标系,计算形心位置26189402185041382453018273iAy=1256.85 1257mm。2401562815308126504269318iyxA=1238.88 1239mm计算弯心位置 mm21021.384eb弯心近似地在截面对称形心轴 上,其至主腹板中线的距离为x1021mm。净截面面积 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计5 2253061824051430815A m毛截面面积 20453m计算惯性矩 对形心轴 的惯性矩x3 3 3223 32 214586181400757954099.5xIm对形心轴 的惯性矩y3 3 32 232 2148618504017618605954780.0yIm4 主主梁跨端截面性质净截面面积 223650182643501894167A m毛截面面积 2037m建立图(3)所示的坐标系,计算形心位置2618950196450914753018727iAy=674.6 675mm253018621863419426350182727iyxA河南理工大学万方科技学院本科毕业设计6=1236.86 1237mm计算惯性矩,对形心轴 的惯性矩x3 3 32 23 32 2 2104586181649506484.5XIm对形心轴 的惯性矩y3 3 32 23 32 2 21048618501647894508.7yIm1.4.2 副主梁尺寸及截面性质1 副主梁跨中截面尺寸初选梁高 =12941571mm,取腹板高度 147HS:,上下翼缘板厚度 ,腹板厚度:主腹板 05hm016m,副腹板厚度 ,副主梁总高 12802153Hhm副主梁宽度 ,取腹板内侧间距 00.69bh且 1100 ,主腹板一侧上翼缘045Lbm153m板外伸长度 ,取外伸长 ,其余悬伸长大于 1.5 倍的01e2eb焊缝厚度,取 。其尺寸如下图3eb4河南理工大学万方科技学院本科毕业设计7图(4)副主梁跨中截面尺寸2. 副主梁跨端截面尺寸确定其高度 ,取腹板高度为 8002153276Hmm副主梁跨端截面尺寸如图(5)图(5)副主梁跨端截面尺寸河南理工大学万方科技学院本科毕业设计83. 副主梁跨中截面性质建立图(4)所示的直角坐标系,求形心位置净截面面积 21802716081560Am毛截面面积 2954m760782.49iyAm106591273518351046.iyx计算弯心位置 弯218105492.83e m心距主腹板板厚中线的距离为 493m计算惯性矩 对形心轴 的惯性矩:x3 32 21042761806276180674552.7xIm对形心轴 的惯性矩:y3 3 32 232 210451508168059467896.36yIm4 副主梁跨端截面性质 建立图(5)所示的坐标系,求截面形心位置河南理工大学万方科技学院本科毕业设计9净截面面积 21270816085360Am毛截面面积 294m180627180168046.92753iyA 9 3.84ix m对形心轴 的惯性矩:3 32 22941270618061270639180641987.2xIm对形心轴 的惯性矩:y3 32 2941680167016803416701285589.30yIm1.4.3 端梁截面尺寸考虑大车车轮的安装及台车的形状尺寸,端梁内宽取为 600 。m初设截面尺寸如下图 6河南理工大学万方科技学院本科毕业设计10图(6)端梁截面尺寸形心即对称中心 30xm40y对形心轴 的惯性矩: 3 32 94601217692.810xI m对形心轴 y 的惯性矩 3 32 94761016005.712yI净截面面积 27Am毛截面面积 206184061.4.4 各截面尺寸及性质汇总表梁截面示意图如图(7)所示,各截面性质如表(1.3)表(1.4)所示。河南理工大学万方科技学院本科毕业设计11图(7)梁截面示意图尺寸汇总表 1.3 单位:mm1234abch跨中18 18 14 12 2530 2326 2200 2400主主梁跨端18 18 14 12 2530 2326 2200 1264跨中16 16 10 8 1270 1180 1100 1500副主梁跨端16 16 10 8 1270 1180 1100 800端梁 12 12 10 10 660 660 600 776河南理工大学万方科技学院本科毕业设计12截面性质汇总表 1.4xyxIyI净面积 毛面积跨中1239 1257 1.5901.290151208 5351034主主梁 跨端1237 675 104. 108.47121672 2837066跨中629 782 102.7510.3666200 1681244副主梁 跨端624 427 9.89.53600 904944端梁 330 400 93.2109.731031360 480680河南理工大学万方科技学院本科毕业设计132 桥架分析2.1 载荷组合的确定2.1.1 动力效应系数的计算1起升冲击系数 0.9 对桥式铸造起重机 11.1.2起升动载系数 主主梁 ,副主22min24.51.086qv梁 min2.4.5076qv3运行冲击系数 4 73.1.058.51.0yvh为大车运行速度 =73.5 , 为轨道街头处两轨面得高yvy/in度差 ,根据工作级别,动载荷用载荷组合 进行计算,应用运1h行冲击系数 。42.2 桥架假定为了简化六梁铰结桥架的计算,特作如下假定:1根据起重机的实际工作情况,以主、副小车一起工作为最不利载荷工况。2主主梁、副主梁的端部与端梁在同一水平面内。3由于端梁用铰接分成 5 段,故副主梁的垂直载荷对相互间受力分析互不影响。4将端梁结构看作多跨静定梁,主主梁受力作为基本结构对副主梁无影响;副主梁受力作为附属部分对主主梁有影响。5计算副主梁水平载荷时,将铰接点看成刚性连接。 2.3 载荷计算河南理工大学万方科技学院本科毕业设计142.3.1 主主梁1. 主主梁自重查表得主小车 1.27850.1289.137/qFkAgNm轮压 34500kg,选用车轮材料 ZG35CrMnSi,车轮直径 ,轨道型60号 QU120,许用值 38700kg。由轨道型号 QU120 查得轨道理论重量,主小车轨道重量 18.0/gmk 18.9158./gFN栏杆等重量 ,主梁的均布载荷 109.8/llFgNm。 37562.56/qgl2主小车布置,两侧起升机构对称布置,重心位于对称中心。吊具质量 0.0.189Qmt起升载荷 3.108549PgN小车重量 3.5.6Gx因主小车吨位较大,采用台车形式八个车轮,可求实际主小车满载时的静轮压 12/8091QGxPN一根主主梁上 14236空载小车轮压 .83/290N3惯性载荷一根主主梁上小车惯性力主小车上主动轮占一半,按主动车轮打滑条件确定主小车的惯性力 02.14360854xgnPN大车起、制动产生的惯性力河南理工大学万方科技学院本科毕业设计150.14270.13460.6.5./HQGxqnP NFm4偏斜运行侧向力一根主主梁的重量为 13972046GqPFSN主主梁跨端焊接上两块耳板,与副主梁端梁连接,在计算时,按假想端梁截面进行计算。如图(8)所示图(8)端梁假想截面与主主梁连接的端梁部分如图(9)所示(将超出轨距的一部分所假想而成的端梁截面尺寸)图(9)端梁与主主梁连接部分其截面尺寸如图(10)河南理工大学万方科技学院本科毕业设计16图(10)端梁假想截面尺寸形心 30x62y对形心轴 的惯性矩:3 32 946121042.8510xI m对形心轴 的惯性矩:y3 32 94124016010352.810yI端梁净截面积 264Am端梁毛截面积 201257630一根端梁单位长度重量 1.78.49.814./qFkAgN一组大车运行机构重量 30.2753GjjPmg司机室及其电气设备的重量 98140s 主主梁侧假想端梁尺寸如图(11)所示河南理工大学万方科技学院本科毕业设计17主主梁侧假想端梁重 10342.671.9.4GdqPFs N图(11)主主梁侧假想端梁尺寸(1) 满载小车在主主梁跨中左侧端梁总静轮压由下图(12)计算图(12)左侧端梁受力分布图河南理工大学万方科技学院本科毕业设计1821122 .84703740691275319.458RQGxGsGdLPPPN由 查得 ,侧向力为2.59LB.118240753sRPN满载小车在主主梁左端极限位置2左侧端梁总静轮压为 2212.84710.93074691275319.453RQGxGsGjdLLePPPN侧向力 2252.073SRPN扭转载荷偏轨箱型梁由 和 的偏心作用而产生移动扭转,其它载荷 ,HPGjP产生的扭矩较小且作用方向相反,故不计算。偏轨箱型梁弯心 A 在GsP梁截面的对称形心轴 上(不考虑翼缘外伸部分) ,由前计算可知,弯x心至主腹板中线的距离为 ,查表可知轨高 102em170ghm。120QU 243657349gh移动扭矩 1 .1620708PHTeN河南理工大学万方科技学院本科毕业设计192.3.2 副主梁1副主梁自重 由查表得出副主 1.27850.629.817.5/qFkAgNm梁小车轮压 19640kg,查表选用车轮材料 ZG50MnMo,车轮直径,轨道型号 QU70,许用值 21800kg。查得轨道理论重量60m,副小车轨道重量 52.8/gk 52.809158/gFN栏杆等重量 109.81/llFgNm副主梁的均布载荷 67.76./qgl m2小车轮压小车布置如图(13)图(13)小车布置图主钩铅垂线中心通过小车中线的 E 点(按比例布置作用点位置)1308590.727l m小车重心 F 点位置 303625em河南理工大学万方科技学院本科毕业设计20215086.57l m起升载荷为 30.509.81502QPgN吊具质量 0.2t小车重量 31.76Gxm按受载大的 AB 梁计算小车轮压,见图(14)图(14)AB 梁受力分布图满载小车的静轮压 1 210.50.5897360856.2.517089jQGxl lePPbKbN1 220.5.180.7360856.2.51710184jQGxl lePPbKbN291429jjPN空载小车轮压为河南理工大学万方科技学院本科毕业设计21 1210.50.589.7360856.2. .5170637GxllePmgPbKbN 1 220.5.51890.7360856.51710634Gxl lePmgPbKbN3惯性载荷一根副主梁上小车的惯性力副小车上主动轮占一半,按主动车轮打滑条件确定副小车的惯性力 02.143695476xgnPN大车起、制动产生的惯性力 0.10250.1963.8.1476.56./HQGxqPNnFNm4偏斜运行侧向力一根副主梁的重量为 71.52763GqPFS一根端梁单位长度的重量 1.17850.369.8./qFkAgNm与副主梁焊接端梁重量 GdF126.1.0516789GdqB(1)满载小车在副主梁跨中 见图(15)河南理工大学万方科技学院本科毕业设计22图(15)副主梁受力分布图左侧端梁总静轮压为 1111250276527631892570RQGxGdPPN由 ,查得.4598LB.1270.184702sR N(2)满载小车在副主梁左端极限位置左侧端梁总静轮压 2RP2 10.9615107652675318984RQGx GdLePPN侧向力 22184.7438SRPN5扭转载荷偏轨箱型梁由 和 产生,弯心 ,查表可知轨高 HP9em,120ghm7QU153278107h河南理工大学万方科技学院本科毕业设计23移动扭矩 369510.43792886PHTeNmh2.4 简化模型大车主主梁端部有两个台车,可简化为一个滑动铰支座:(1.2.5.6)副主梁端部支撑车轮(3.4)简化为一个可动铰支座;简化模型见图(16)超静定次数 32362810wmhr图(16)简化模型进一步简化:主主梁端部采用两个台车,只是增加了支撑装置,减小了轮压。将两个滑动铰支座分别用一个固定铰支座代替,约束一样,只是取消了对扭矩的抵制作用。将滑动铰支座换成固定铰支座。如图(17) 。河南理工大学万方科技学院本科毕业设计24图(17)桥架进一步简化图将此端梁结构看成多跨超静定梁,沿 处拆分,主主梁(基CD本部分) +副主梁(附属部分) ;主主梁受力对副主梁ABDC无影响;副主梁受力对主主梁有影响。在计算水平载荷时将铰四个铰点看作刚节点进行计算。将主主梁看作一个单梁桥架,EF副主梁对其影响在 或 处相当于加了一个可动铰支座。如图(18)所示。图(18)桥架最终简化图忽略副主梁对主主梁端部轴受力影响,使主主梁水平面内弯矩值偏大,设计可靠性增强,计算偏保守。主主梁水平刚架计算模型如图(19)所示。河南理工大学万方科技学院本科毕业设计25图(19)主主梁水平刚架计算模型副主梁水平刚架计算时,主主梁对副主梁相当于固定铰支座。如图(20)所示。图(20)主主梁副主梁相对关系示意图2.5 垂直载荷2.5.1 主主梁在固定载荷与移动载荷作用下,主梁按简支梁计算。见图(21)图(21)主主梁垂直载荷分布图1 .固定载荷作用下在主主梁跨中的弯矩为 qM河南理工大学万方科技学院本科毕业设计2624 24186.5 2.81.77531.940823qqGjsFLdMPNm跨端剪切力为 24112.8.76.575394012658qcqGjsdFLPLN 2. 移动载荷作用下主梁的内力轮压合力 与左侧台车轴线距离 P2114082bm满载小车在跨中,跨中 E 点弯矩为 2 241.7360.04659042pPbML Nm跨中 E 点的剪切力 PF141 2.04.71236652pbFPL跨中内扭矩 4.0489722nPHT Nm满载小车在跨端极限位置小车左轮距梁端距离 取为 0.7cm跨端剪切力 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计2714 2.047.71361265pcLbcFP N跨端内扭矩为114.204893892nPHeT mL主主梁跨中总弯矩为 18365715xqpMN主梁跨端总剪切力为 212938RqcpF2.5.2 副主梁在固定载荷与移动载荷作用下,主梁按简支梁计算。1. 固定载荷作用下在副主梁跨中的弯矩为 qM224761.5. 39588qFLMNm跨端剪切力为 41.761.28102qcq2. 移动载荷作用下主梁的内力轮压合力 与左轮的距离为 P2118425092.8369bbm满载小车在跨中,跨中 E 点弯矩为2 241.73695120.98421596pPMLbNm河南理工大学万方科技学院本科毕业设计28跨中 E 点的剪切力 PF141 0.928.7365141722pbFP NL跨中内扭矩 41.94280923NPHTT m满载小车在跨端极限位置小车左轮距梁端距离 取为 0.5cm跨端剪切力 14 20.98.5.73651396pcLbFP N跨端内扭矩为 14 1.01.9428365172nPHeT mL副主梁跨中总弯矩为 539215xqpMNm副主梁跨端总剪切力为 81063497RqcpF2.6 水平载荷如前面模型简化,将主主梁的一根梁看作单梁桥架,副主梁看作双梁桥架。2.5.1 主主梁1. 主主梁的水平惯性载荷模型如前面图(18) 小车在跨中,刚架的计算1.35a.19b系数为河南理工大学万方科技学院本科毕业设计29111 92.135.20.7383() 8abIrS跨中水平弯矩 HM211248336025.61.783.78HPLFLrrNm跨中水平剪切力 1302pHFPN跨中轴力为1 28.35.925.634610271824HLabrN 小车在跨端,跨端水平剪切力 125.6234103945HCFLeP N2. 偏斜侧向力计算简图如(22)河南理工大学万方科技学院本科毕业设计30图(22)主主梁偏斜侧向力计算简图小车在跨中,侧向力 1537sPN超前力为 012.85swBLB 处轴力 1962dNB 处水平剪切力 27.sFPN主梁跨中水平弯矩 sM11122537.5768.9631sddLMPabNNm主梁轴力 112.578.sdNPFN主梁跨中总水平弯矩为 4036106yHSMm河南理工大学万方科技学院本科毕业设计31小车在跨端侧向力为 290763sPN超前力 2.59wBNLB 端水平剪切力 2148.dsF主梁跨端水平弯矩 2290763.5.195702csdMPab Nm主梁跨端的水平剪切力为 246cswdwFP主梁跨端总的水平剪切力为 33871CHcs2.5.2 副主梁副主梁求解水平载荷的模型,见图(23)图(23)副主梁水平载荷受力模型在水平载荷 及 作用下,桥架按刚架计算,因偏轨箱型梁与端HPF梁连接面较宽,应取两主梁轴线间距 代替原小车轨距 构成新的水KK河南理工大学万方科技学院本科毕业设计32平刚架,这样比较符合实际,于是 123.806294.1Kxm, 。12.05bKm16.42aB1. 副主梁水平惯性载荷小车在跨中,刚架的计算系数为 1011 921.092.5.36.63()37abIrS跨中水平弯矩 HM2112483963. 06.1.83.62HPLFLrrNm跨中水平剪切力 193.472pHFPN跨中轴力为2 21.0.5106.913.881909HHLabNr小车在跨端,跨端水平剪切力 106.21.369.80922HCFLeP N2. 偏斜侧向力在偏斜侧向力作用下,桥架也按水平刚架分析,计算简图如(24)河南理工大学万方科技学院本科毕业设计33图(24)副主梁偏斜侧向力计算简图计算系数为 101 924.0.36.472537sKIrS小车在跨中,侧向力 18sPN超前力为 14706.532swBL端梁中点的轴力 1dw端梁中点的水平剪切力 1 .10984705842272dssaFP NKr副主梁跨中的水平弯矩 sM11 284701.9584.01653862sdLMabN m副主梁轴力 1156sdNPFN河南理工大学万方科技学院本科毕业设计34副主梁跨中总水平弯矩为 3296483250yHSMNm小车在跨端侧向力为 29438sPN超前力 6.28457wBNL端梁中点的水平剪切力 211.0929438314275dssaFPKr副主梁跨端的水平弯矩 221.094.0csdMab Nm副主梁跨端的水平剪切力为 228572.cswdwFNP副主梁跨端总的水平剪切力为 1094.10.CHcs N河南理工大学万方科技学院本科毕业设计353 主主梁计算3.1 强度校核图(25)主主梁应力危险点分布图需要计算主梁跨中截面危险点、的应力,见图(25)主腹板上边缘点的应力主腹板边至轨顶的距离为 1708yhm主腹板边的局部压应力为 41.73954.2801250jmyPMPah垂直弯矩产生的应力301 17625786.2.90xMaI 水平弯矩产生的应力 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计36302 1761087649.7.29yMx MPaI惯性载荷与侧向力对主梁产生的轴向力较小且作用方向相反,应力很小,故不计算。主梁上翼缘的静矩为 3010.51823790.51820ySB m主腹板上边的切应力为 31016276512.59080481.9pynxFTIAMPa 点的折算应力 01026.9MPa222 200358.94715831.57.ma满足要求点的应力 3321178502760296.4.9.yxMMPaI 满足要求点的应力下翼缘板与副腹板连接处的外侧表面应力 223 31 15081.575097689.9.0208yxMxyIIPa 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计37满足要求主梁跨端的切应力主腹板承受垂直剪力 及 ,故主腹板中点切应力为RF1nT满310.5.529738591087.210.326464nRd MPaahA 足要求翼缘板 (承受水平剪切力)主梁跨端的水平剪切力 38741CHFN跨端内扭矩 159nTm31.53874014.296.42062876MPaPa 3.2 主主梁疲劳强度校核桥架工作级别为 A6,应按载荷组合计算主梁跨中的最大弯矩截面 E 的疲劳强度。由于水平惯性载荷产生的应力很小,为了计算简明而忽略惯性应力求截面 E 的最大弯矩和最小弯矩,满载小车位于跨中 E点,则 空载小车位于右侧跨端时,见图(26),max78153MNm河南理工大学万方科技学院本科毕业设计38图(26)最小应力计算简图左端支反力为 21 4.780.79029192RbcFP NLmin41231. 5qMm 验算主腹板受拉翼缘焊缝的疲劳强度,见图(25) 3ax20max 1785027860.3.9y MPaI3in20i 11.50xI应力循环特性 minax78.946.3r根据工作级别 A6,应力集中等级 及材料 Q235,查得2K,163.0MP焊缝拉伸疲劳许用应力为1.71.673.019.64.450.45rt b MPar河南理工大学万方科技学院本科毕业设计39合格maxrt1验算横隔板下端焊缝与主腹板连接处的疲劳强度 3ax2max 178502785.9My MPaI3in2i 11.21.50xI应力循环特性 minax2.947r显然,相同工况下的应力循环特性是一致的。由 A6 及 Q235,横隔板采用双面连续贴角焊缝连接,板底与受拉翼缘间隙为 60mm,应力集中等级为 ,查得疲劳许用应力3K,拉伸疲劳许用应力为145MPa1.671.674587.560.93.0.45rt b MPar合格max7rtP3.3 主梁的稳定性1整体稳定性主梁高宽比 (稳定) 24361.09hb2. 局部稳定性翼缘板 ,需设置两条纵向加劲肋。02618验算 (稳定)04.73b河南理工大学万方科技学院本科毕业设计40翼缘板最大外伸部分 (稳定)02513.895eb主腹板 01247.h67.420副腹板 0210故需设置横隔板和两条纵向加劲肋,主、副腹板相同,隔板间距,纵向加劲肋位置 ,0am1.2540860hm:取 550mm, 去 900mm,其布置示10.35.40896hm:于图(27)图(27)加强筋布置图验算跨中主腹板上区格的稳定性。区格两边正应力为10256.8175.9MPa10202018. .73.67yh MPa(属于不均匀压缩板)213.67.5489.546河南理工大学万方科技学院本科毕业设计41区格的欧拉应力为 22101048.68.60.655E MPab区格分别受 , , 作用时的临界应力为1m,板边弹性嵌固系数 =1.2,1crEK23.64150b屈曲系数 8.4.5.1106则 ,故需修正,1.25.7.30.8cr sMPaPa11252536. 6.41.scrscr当区格受腹板边局部压应力 时,压力分布长 79ma, ,按 计25078502ych3.64b3b算, ,346.83cab区格属双边局部压缩板,板的屈曲系数 2 20.710.71.580.8. . 2.73mK1.6539.8crE sMPaPa需修正,则 231.4.mcr当区格受平均切应力时: 300650762501.62414pnFT MPahA河南理工大学万方科技学院本科毕业设计42由 ,203.6415ab板的屈曲系数 2245.35.6.K.208crE MPa31.786.14.7.r s故需修正 23523528.75.4cr a28.71.0cr MPa区格上边缘的复合应力为 2222 211358.947.158.947.13.9mPa,区格的临界复合应力为.64ab2211211222334457.0.568.9068947.1.9233307147.mcr mcrcrcrcrMPa.1.crr Pan所以,区格的局部稳定性合格。22113mcr验算跨中副腹板上区格的稳定性 区格只受 及 的作用,区格两边的正应力为 1河南理工大学万方科技学院本科毕业设计43210156123956.878.0x MPa102201 123956.7.0yh Pax 切应力 3006564.8742512pnFThPA区格的欧拉应力 108.8. .6E MPaB(属于不均匀压缩板)213.90.542680.5426.1ab屈曲系数 48.5.14.026K则 ,故115.3.960.81crE sMPaPa 需修正, 112523.76.56.43.9scrscr当剪应力作用时3.42.45.3.K1.25680crEMPa.709.r s故需修正 2353126.56.0.cr a河南理工大学万方科技学院本科毕业设计4426.5130.7cr MPa区格上边缘的复合应力为 2221358.34.5879.3Pa,区格的临界复合应力为.64ab212211 2234459.380.5268.0426.54.871717130187crcrcrcrMPa39.5.4crr Pan所以,区格的局部稳定性合格。213cr加劲肋的确定横隔板厚度 ,板中开孔尺寸为 ,镶边板厚 10m1802m,镶边板宽 ,其尺寸如图(28)181520河南理工大学万方科技学院本科毕业设计45图(28)加筋板截面尺寸翼缘板纵向加劲肋选用角钢 , 9012203.6Am41920xImb6.7zm纵向加劲肋对翼缘板与加劲肋接触面的惯性矩为 2 241019023.90.96851xIAz(合格)3 40.8.8xambxI主、副腹板采用相同的纵向加劲肋 9012203.6Am41920xIm90b26.7zm纵向加劲肋对腹板板厚中心线的惯性矩为 2 2104.51403.6906.7236xIAz0.8.4ab33415019870x xI mI河南理工大学万方科技学院本科毕业设计46综上所述,选择的加劲肋合格。3.4 刚度计算1桥架的垂直静刚度满载小车位于主梁跨中产生的静挠度,见图(28)图(28)满载小车位于主梁跨中受力图4.08b1a7.96c8.d221292 251334037.67.968.8.96.6. 473ixPYSSEIm 满足要求210LYmiLY2桥架的水平惯性位移小车位于跨中,计算起动工况的跨中位移:34113 345 514886022.60.9.7384.95.7389HHssPSFSYEIrIrLmYm河南理工大学万方科技学院本科毕业设计473垂直动刚度起重机垂直动刚度以满载小车位于桥架跨中的垂直自振频率来表征,计算如下:主梁质量 30746139.8GPmkgg全桥架中点换算质量 152630946Gxmkg起升质量 200189Qkg起升载荷 .54PgN起升钢丝绳滑轮组的最大下放长度为 203.521.rqrlHm取 , 为吊具最小下放距离3.5rHmr桥架跨中静位移为 220 31.62144QxPycSdSmEI查表选用倍率 , ,6mrn50rEMPa由钢丝绳静拉力 1850947.2QrSN0.1347.6dcm选用 型钢丝绳 6w21085rA起升钢丝绳滑轮组的静伸长 305184092.948QrPlnEA河南理工大学万方科技学院本科毕业设计48结构质量影响系数 2 201294361.0.38180594ym桥式起重机的垂直自振频率30119.2.82223.460541.v vgf Hzfzy 4水平动刚度起重机水平动刚度以物品高位悬挂,满载小车位于桥架跨中的水平自振频率来表征。半桥架中点的换算质量为00.5.
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